کاربید سیمانی، کاربید تنگستن، فلز سخت، آلیاژ سخت چیست؟

یک ماده آلیاژی ساخته شده از ترکیب سخت یک فلز نسوز و یک فلز چسبنده از طریق فرآیند متالورژی پودر.کاربید سیمانی دارای یک سری خواص عالی مانند سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی خوب، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی است، به ویژه سختی و مقاومت در برابر سایش بالا که اساساً حتی در دمای 500 درجه سانتیگراد نیز بدون تغییر باقی می ماند. سختی بالا در 1000 ℃.کاربید به طور گسترده ای به عنوان مواد ابزار مانند ابزار تراش، فرز، تراش، مته، ابزار خسته کننده و غیره برای برش چدن، فلزات غیر آهنی، پلاستیک، الیاف شیمیایی، گرافیت، شیشه، سنگ و فولاد معمولی استفاده می شود. و همچنین می تواند برای برش مواد سخت در ماشین مانند فولاد مقاوم در برابر حرارت، فولاد ضد زنگ، فولاد منگنز بالا، فولاد ابزار و غیره استفاده شود. سرعت برش ابزارهای کاربید جدید اکنون صدها برابر فولاد کربنی است.

کاربرد کاربید سیمانی

(1) مواد ابزار

کاربید بیشترین مقدار مواد ابزار است که می توان از آن برای ساخت ابزارهای تراشکاری، فرز، تراش، مته و غیره استفاده کرد. در این میان کاربید تنگستن- کبالت برای پردازش براده های کوتاه فلزات آهنی و غیر آهنی و فرآوری فلزات آهنی و غیر آهنی مناسب است. مواد غیر فلزی مانند چدن، برنج ریخته گری، باکلیت و غیره؛کاربید تنگستن - تیتانیوم - کبالت برای پردازش طولانی مدت فلزات آهنی مانند فولاد مناسب است.ماشینکاری تراشه.در میان آلیاژهای مشابه، آلیاژهایی که محتوای کبالت بیشتری دارند برای ماشینکاری خشن و آنهایی که محتوای کبالت کمتری دارند برای تکمیل مناسب هستند.کاربیدهای سیمانی همه منظوره عمر ماشینکاری بسیار بیشتری نسبت به سایر کاربیدهای سیمانی برای مواد سخت ماشین کاری مانند فولاد ضد زنگ دارند.

(2) مواد قالب

کاربید سیمانی عمدتاً برای قالب های سرد کار مانند قالب های کشش سرد، قالب های پانچ سرد، قالب های اکستروژن سرد و قالب های پایه سرد استفاده می شود.

قالب های سرد کاربید برای داشتن چقرمگی ضربه خوب، چقرمگی شکست، استحکام خستگی، استحکام خمشی و مقاومت سایشی خوب در شرایط کاری مقاوم در برابر سایش از ضربه یا ضربه قوی لازم است.معمولاً از گریدهای کبالت متوسط ​​و زیاد و آلیاژ دانه متوسط ​​و درشت استفاده می شود مانند YG15C.

به طور کلی، رابطه بین مقاومت به سایش و چقرمگی کاربید سیمانی متناقض است: افزایش مقاومت به سایش منجر به کاهش چقرمگی خواهد شد و افزایش چقرمگی به ناچار منجر به کاهش مقاومت در برابر سایش خواهد شد.بنابراین، هنگام انتخاب گریدهای آلیاژی، لازم است الزامات استفاده خاص با توجه به هدف پردازش و شرایط کاری پردازش برآورده شود.

اگر درجه انتخاب شده مستعد ترک خوردگی و آسیب زودهنگام در حین استفاده باشد، درجه با چقرمگی بالاتر باید انتخاب شود.اگر درجه انتخاب شده مستعد سایش و آسیب زود هنگام در حین استفاده باشد، باید درجه ای با سختی بالاتر و مقاومت به سایش بهتر انتخاب شود..نمرات زیر: YG15C، YG18C، YG20C، YL60، YG22C، YG25C از چپ به راست، سختی کاهش می یابد، مقاومت در برابر سایش کاهش می یابد، و چقرمگی افزایش می یابد.برعکس، برعکس است.

(3) ابزار اندازه گیری و قطعات مقاوم در برابر سایش

کاربید برای سطوح مقاوم در برابر سایش و قطعات ابزار اندازه‌گیری، یاتاقان‌های دقیق آسیاب‌ها، صفحات راهنمای و میله‌های راهنمای آسیاب‌های بدون مرکز، قسمت‌های بالای ماشین‌های تراش و سایر قطعات مقاوم در برابر سایش استفاده می‌شود.

فلزات چسبنده عموماً فلزات گروه آهن، معمولاً کبالت و نیکل هستند.

هنگام ساخت کاربید سیمانی، اندازه ذرات پودر ماده خام انتخابی بین 1 تا 2 میکرون است و خلوص آن بسیار بالا است.مواد خام بر اساس نسبت ترکیبی تجویز شده دسته بندی می شوند و الکل یا سایر مواد به آسیاب مرطوب در آسیاب گلوله ای مرطوب اضافه می شوند تا کاملاً مخلوط و پودر شوند.مخلوط را الک کنید.سپس مخلوط دانه بندی شده، فشرده می شود و تا دمایی نزدیک به نقطه ذوب فلز بایندر (1300-1500 درجه سانتی گراد) گرم می شود، فاز سخت شده و فلز بایندر یک آلیاژ یوتکتیک را تشکیل می دهند.پس از خنک شدن، فازهای سخت شده در شبکه ای متشکل از فلز پیوند دهنده توزیع می شوند و به طور نزدیک به یکدیگر متصل می شوند تا یک کل جامد را تشکیل دهند.سختی کاربید سیمانی به مقدار فاز سخت شده و اندازه دانه بستگی دارد، یعنی هر چه مقدار فاز سخت شده بیشتر و دانه ها ریزتر باشد، سختی بیشتر می شود.چقرمگی کاربید سیمانی توسط فلز بایندر تعیین می شود.هرچه محتوای فلز چسبنده بیشتر باشد، استحکام خمشی بالاتری دارد.

در سال 1923، Schlerter آلمانی 10% تا 20% کبالت را به پودر کاربید تنگستن به عنوان چسب اضافه کرد و آلیاژ جدیدی از کاربید تنگستن و کبالت اختراع کرد.سختی بعد از الماس در رتبه دوم قرار دارد.اولین کاربید سیمانی ساخته شده است.هنگام برش فولاد با ابزار ساخته شده از این آلیاژ، لبه برش به سرعت فرسوده می شود و حتی لبه برش ترک می خورد.در سال 1929، شوارتسکف در ایالات متحده مقدار مشخصی کاربید تنگستن و کاربید ترکیبی کاربید تیتانیوم را به ترکیب اصلی اضافه کرد که باعث بهبود عملکرد ابزار در برش فولاد شد.این یکی دیگر از دستاوردهای تاریخ توسعه کاربید سیمانی است.

کاربید سیمانی دارای یک سری خواص عالی مانند سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام و چقرمگی خوب، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی است، به ویژه سختی و مقاومت در برابر سایش بالا که اساساً حتی در دمای 500 درجه سانتیگراد نیز بدون تغییر باقی می ماند. سختی بالا در 1000 ℃.کاربید به طور گسترده ای به عنوان مواد ابزار مانند ابزار تراش، فرز، تراش، مته، ابزار خسته کننده و غیره برای برش چدن، فلزات غیر آهنی، پلاستیک، الیاف شیمیایی، گرافیت، شیشه، سنگ و فولاد معمولی استفاده می شود. و همچنین می تواند برای برش مواد سخت در ماشین مانند فولاد مقاوم در برابر حرارت، فولاد ضد زنگ، فولاد منگنز بالا، فولاد ابزار و غیره استفاده شود. سرعت برش ابزارهای کاربید جدید اکنون صدها برابر فولاد کربنی است.

کاربید همچنین می تواند برای ساخت ابزار حفاری سنگ، ابزار معدن، ابزار حفاری، ابزار اندازه گیری، قطعات مقاوم در برابر سایش، ساینده های فلزی، آستر سیلندر، بلبرینگ های دقیق، نازل ها، قالب های فلزی (مانند قالب های سیم کشی، قالب های پیچ و مهره ای، قالب های مهره ای) استفاده شود. و قالب های مختلف بست، عملکرد عالی کاربید سیمانی به تدریج جایگزین قالب های فولادی قبلی شد).

بعداً کاربید سیمانی روکش شده نیز بیرون آمد.در سال 1969، سوئد با موفقیت ابزاری با پوشش تیتانیوم کاربید تولید کرد.پایه ابزار کاربید تنگستن - تیتانیوم - کبالت یا کاربید تنگستن - کبالت است.ضخامت پوشش کاربید تیتانیوم روی سطح تنها چند میکرون است، اما در مقایسه با همان مارک ابزار آلیاژی، عمر مفید 3 برابر افزایش می یابد و سرعت برش 25٪ تا 50٪ افزایش می یابد.در دهه 1970، نسل چهارم ابزارهای روکش دار برای برش موادی که ماشین کاری دشواری داشتند، ظاهر شد.

کاربید سیمانی چگونه پخته می شود؟

کاربید سیمانی یک ماده فلزی است که از متالورژی پودر کاربیدها و فلزات چسبنده یک یا چند فلز نسوز ساخته می شود.

Mکشورهای تولید کننده عمده

بیش از 50 کشور در جهان وجود دارند که کاربید سیمانی تولید می کنند که مجموع خروجی آن 27000 تا 28000 تن است.تولیدکنندگان اصلی ایالات متحده، روسیه، سوئد، چین، آلمان، ژاپن، انگلستان، فرانسه و غیره هستند. بازار کاربید سیمانی جهان اساساً اشباع شده است.، رقابت در بازار بسیار شدید است.صنعت کاربید سیمانی چین در اواخر دهه 1950 شروع به شکل گیری کرد.از دهه 1960 تا 1970، صنعت کاربید سیمانی چین به سرعت توسعه یافت.در اوایل دهه 1990، مجموع ظرفیت تولید کاربید سیمانی چین به 6000 تن رسید و کل تولید کاربید سیمانی به 5000 تن رسید، که تنها در روسیه و ایالات متحده رتبه دوم را در جهان دارد.

برش WC

①کاربید سیمانی تنگستن و کبالت
اجزای اصلی کاربید تنگستن (WC) و کبالت بایندر (Co) هستند.
درجه آن از "YG" ("سخت و کبالت" در پینیین چینی) و درصد میانگین کبالت تشکیل شده است.
به عنوان مثال، YG8 به معنای میانگین WCo=8٪ است و بقیه کاربید تنگستن-کبالت کاربید تنگستن است.
چاقوهای TIC

②کاربید تنگستن-تیتانیوم-کبالت
اجزای اصلی کاربید تنگستن، کاربید تیتانیوم (TiC) و کبالت هستند.
درجه آن از "YT" ("سخت، تیتانیوم" دو کاراکتر در پیشوند پینیین چینی) و محتوای متوسط ​​کاربید تیتانیوم تشکیل شده است.
به عنوان مثال، YT15 به معنای متوسط ​​WTi = 15٪ است و مابقی کاربید تنگستن و کاربید تنگستن-تیتانیوم-کبالت با محتوای کبالت است.
ابزار تنگستن تیتانیوم تانتالیوم

③کاربید سیمانی تنگستن-تیتانیوم-تانتالوم (نیوبیم).
اجزای اصلی کاربید تنگستن، کاربید تیتانیوم، کاربید تانتالم (یا کاربید نیوبیم) و کبالت هستند.به این نوع کاربید سیمانی، کاربید سیمانی عمومی یا کاربید سیمانی جهانی نیز گفته می شود.
درجه آن از "YW" (پیشوند آوایی چینی "hard" و "wan") به اضافه یک عدد دنباله ای مانند YW1 تشکیل شده است.

ویژگی های عملکرد

درج کاربید جوش داده شده

سختی بالا (86~93HRA معادل 69~81HRC)؛

سختی حرارتی خوب (تا 900 ~ 1000 ℃، نگه داشتن 60HRC)؛

مقاومت در برابر سایش خوب.

ابزارهای برش کاربید 4 تا 7 برابر سریعتر از فولاد پرسرعت هستند و عمر ابزار 5 تا 80 برابر بیشتر است.در ساخت قالب ها و ابزارهای اندازه گیری، عمر مفید 20 تا 150 برابر بیشتر از فولاد ابزار آلیاژی است.این می تواند مواد سخت را در حدود 50HRC برش دهد.

با این حال، کاربید سیمانی شکننده است و نمی توان آن را ماشین کاری کرد و ساخت ابزارهای یکپارچه با اشکال پیچیده دشوار است.بنابراین اغلب تیغه هایی با اشکال مختلف ساخته می شود که با جوش، اتصال، گیره مکانیکی و ... بر روی بدنه ابزار یا بدنه قالب نصب می شود.

نوار به شکل خاص

تف جوشی

قالب‌گیری کاربید سیمانی به این صورت است که پودر را به یک بیلت فشار می‌دهیم و سپس وارد کوره تف جوشی می‌کنیم تا به دمای معینی (دمای پخت) گرم شود، آن را برای مدت معینی (زمان نگهداری) نگه می‌داریم و سپس آن را خنک می‌کنیم تا سیمانی به دست آید. مواد کاربید با خواص مورد نیاز.

فرآیند پخت کاربید سیمانی را می توان به چهار مرحله اساسی تقسیم کرد:

1: در مرحله حذف ماده تشکیل دهنده و پیش پخت، بدنه تف جوشی شده به صورت زیر تغییر می کند:
با حذف عامل قالب‌گیری، با افزایش دما در مرحله اولیه پخت، ماده قالب‌گیری به تدریج تجزیه یا تبخیر می‌شود و بدنه زینترینگ حذف می‌شود.نوع، کمیت و فرآیند پخت متفاوت است.
اکسیدهای روی سطح پودر کاهش می یابد.در دمای تف جوشی، هیدروژن می تواند اکسیدهای کبالت و تنگستن را کاهش دهد.اگر عامل تشکیل دهنده در خلاء حذف شود و زینتر شود، واکنش کربن-اکسیژن قوی نیست.تنش تماس بین ذرات پودر به تدریج حذف می شود، پودر فلز پیوند دهنده شروع به بازیابی و تبلور مجدد می کند، انتشار سطح شروع به رخ دادن می کند و استحکام بریکت بهبود می یابد.

2: مرحله پخت فاز جامد (800 ℃–دمای یوتکتیک)
در دمای قبل از ظهور فاز مایع، علاوه بر ادامه فرآیند مرحله قبل، واکنش فاز جامد و انتشار تشدید می‌شود، جریان پلاستیک افزایش می‌یابد و بدنه متخلخل به طور قابل توجهی منقبض می‌شود.

3: مرحله تف جوشی فاز مایع (دمای یوتکتیک - دمای تف جوشی)
هنگامی که فاز مایع در بدنه متخلخل ظاهر می شود، انقباض به سرعت تکمیل می شود و به دنبال آن تبدیل کریستالوگرافی برای تشکیل ساختار و ساختار اصلی آلیاژ انجام می شود.

4: مرحله خنک کننده (دمای پخت - دمای اتاق)
در این مرحله ساختار و ترکیب فازی آلیاژ با شرایط خنک کاری متفاوت تغییراتی دارد.از این ویژگی می توان برای گرم کردن کاربید سیمانی برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آن استفاده کرد.